Interview mit Lapp Wie Digital Twin zu Steckverbinder-Innovationen führt

Die Steckverbinder-Sparte wird für Lapp immer wichtiger und neue Innovationen sollen Marktanteile gewinnen. Wie der neue M12-L, der kompakter als Wettbewerbsprodukte ist, wie Martin Guserle, Head of Business Unit Epic Connectors bei U.I. Lapp, erklärt. Zudem geht er darauf ein, welche Rolle der Digitale Zwilling bei der Entwicklung spielte.

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Netzwerken wurde in der Industrie lange Zeit wenig Beachtung geschenkt: einmal installiert, dann Jahrzehnte nicht mehr geändert. Das hat sich erheblich geändert: High-Speed-Datenübertragung, Power over Ethernet, SPE oder extrem kompakte Hochleistungsstecker wie Ihr neuer M12-L – das Thema Connectivity erfährt einen regelrechten Innovationsschub, so mein Eindruck. Täuscht der?

Nein. Mit dem Trend zur Digitalisierung und Elektrifizierung in Industrie und Mobility ist bei Netzwerken, Kabeln und Steckern ein Innovationsschub eingetreten. Flexibilisierung, Miniaturisierung und steigende Konnektivität sind hier starke Entwicklungstreiber. Zudem werden in vielen Bereichen der Industrie die Anwendungen immer kleiner, bei gleichzeitig steigender Leistungsdichte. Diesen Trend müssen auch Steckverbinder mitmachen.

Besonders deutlich wird das in der Automatisierungstechnik, die aktuell die Entwicklung in der Industrie entscheidend vorantreibt. Da in diesem Umfeld die Rundsteckverbinder der Größe M12 am häufigsten anzutreffen sind, liegt es nahe, dass die Anforderungen an diesen Stecker ebenfalls steigen müssen. Deshalb haben wir einen neuen M12-L Stecker entwickelt, der höhere Stromstärken bewältigt und besonders kompakt ist.

Bevor wir auf den M12-L eingehen, welchen Umsatzanteil hat denn der Steckerbereich bei Lapp?

Dass das Thema Connectivity an Bedeutung gewinnt, sieht man auch an unserer Unternehmensentwicklung: Für das Geschäftsjahr 2020/21 konnte Lapp einen Umsatzzuwachs um 26 Prozent auf 1,4 Milliarden Euro vermelden – das ist der mit Abstand stärkste Anstieg in unserer Geschichte. Und daran hat der Steckerbereich einen wachsenden Anteil. Praktisch seit der Gründung bietet Lapp neben den Leitungen auch Steckverbinder unter dem Namen Epic, für Environmental Protected Industrial Connectors, an. Wir erzielen inzwischen einen Umsatz im hohen zweistelligen Millionenbereich, unser Anteil am Gesamtumsatz ist steigend. Dazu wird auch unsere jüngste Innovation, der neue M12-L, ganz sicher beitragen.

Nun gibt es M12-Stecker ja bereits länger auf dem Markt, er ist sogar der am häufigsten eingesetzte Steckverbinder in der Fabrikautomation – was ist das Besondere am Epic M12-L?

Der neue M12-L-Stecker bewältigt nicht nur Stromstärken von 16 A statt vorher 12 A, sondern er ist auch der kleinste M 12-L-Stecker der Welt. Er nimmt nur 43 Prozent des Raumes der Vorgängertechnologie ein und beansprucht 56 Prozent weniger Platz als das größte Wettbewerbsgehäuse. Zudem ist er Profinet-konform und verfügt über eine vibrations- und klimabeständige 360°-Schirmung.

56 Prozent kleiner als der Wettbewerb, ist das Selbstzweck oder welchen Vorteil hat der Anwender davon?

Das ist kein Selbstzweck, sondern eine Marktanforderung. Denn einerseits nimmt die Konnektivität durch immer mehr Funktionen wie Sensoren, Aktoren, Antriebe, Condition Monitoring, Fernzugriff etc. kontinuierlich zu. Andererseits wird zunehmend 16 A Stromstärke benötigt, um höhere Leistungen zu übertragen. Zugleich nehmen die Bauräume in Maschinen ab. Das erfordert daher eine Miniaturisierung der Steckverbinder. Da aber bisherige M12-Steckverbinder schon sehr nahe an die Grenze des Machbaren entwickelt wurden, war es eine Herausforderung, hier weiteren Leistungszuwachs zu erzielen.

Anschlustechnik

Lapp stellt neuen M12-Steckverbinder in extrem kompakten Gehäuse vor

Warum ist es entwicklungsseitig so kritisch, den Stecker zu verkleinern?

Das Problem ist die Wärmeentwicklung der Kontakte. Die Kontaktflächen sind 25 mal kleiner als der Aderquerschnitt, aber durch sie fließt dieselbe hohe Leistung von 16 A. Wenn so viel Strom über kleinste Kontaktflächen übertragen wird, entsteht Wärme, die im Steckverbinder abgeführt werden muss.

Darum werden Neuprodukte wie der M12 L bei Lapp nun digital ausgelegt, um sicherzustellen, dass die Produkte zuverlässig über die komplette Lebensdauer funktionieren. Nur so können Grenzbereiche sicher beherrscht und die maximale Leistungsdichte im kleinstmöglichen Steckverbindergehäuse untergebracht werden.

Können Sie diesen digitalen Entwicklungsprozess etwas näher erläutern?

Der digitale Zwilling macht’s möglich. Früher wurde basierend auf Erfahrungswerten konstruiert und im Anschluss ein Muster gebaut. Dann wurde der Prototyp im Labor getestet und nicht selten stellte man fest, dass noch technische Veränderungen vorgenommen werden müssen. Dieser Prozess wurde oft mehrfach durchlaufen, bis man zum gewünschten Ergebnis gelangt war.

Heute wird Geschwindigkeit bei Innovationen immer wichtiger. Alles was wir vorausberechnen können, müssen wir nachher nicht mehr korrigieren und desto schneller sind die Entwicklungszyklen. Und physische Muster werden einfach im 3D-Druck-Verfahren erstellt, um Haptik, Optik, Handling sowie Assemblierung in der Produktion und beim Kunden zu verifizieren.

Und hat der Kunde auch etwas von dem Digitalen Zwilling?

Sehr viel sogar. Der Digitale Zwilling ist ja das 3D CAD-Modell – plus viel mehr zusätzliche Informationen zum Produkt, als das bei einem physikalischen Produktmuster je möglich wäre. Diese gesammelten Informationen entstehen bei der Entwicklung und werden dann zum Design-In, über den gesamten Lebenszyklus bis hin zum Recycling genutzt.

Wie wird das denn von den Kunden angenommen?

Sehr gut. Die Anwender nutzen ja heute vermehrt digitale Portale, um ihre Maschinen, Anlagen oder Werkzeuge zu konstruieren. Zur Auswahl der geeigneten Steckverbinder werden immer dabei öfter spezielle Datenbanken wie Cadenas, Eplan oder Zuken verwendet. Auf diesen Plattformen bekommt der Kunde alle Informationen zum Produkt inklusive der digitalen 3D-Modelle – also den Digitalen Zwilling zum eigentlichen Produkt. Unsere Erfahrung zeigt, dass die Kunden fast nur noch Interesse am Digitalen Zwilling haben und immer seltener nach physikalischen Mustern fragen. Das zeigt die Veränderung hin zur digitalen Information, weil diese beim Kunden direkt weiterverarbeitet werden kann.

Können Sie dazu ein Beispiel nennen?

Unser Kunde Sumitomo nutzt diese digitalen Informationen zum Beispiel bei der Konzeption seiner Maschinen: beim Aufbau eines Schaltschranks etwa wählen sie die passenden Steckverbinder und Kabel aus der Datenbank und platzieren diese einfach per drag and drop. Die Komponenten ‚wissen’ wo sie hingehören und der Nutzer bekommt anschließend den kompletten Schaltplan inklusive der Bestellnummer von Lapp.

Damit ist beiden Seiten gedient: Der Kunde hat eine sehr schnelle Schaltschrank-Konzeption, wo wirklich alles passt – und wir bekommen den Auftrag für Kabel und Stecker.

Ist der Digitale Zwilling auch geeignet als Basis für KI-Anwendungen?

Es ist ja bereits Realität, dass Produkte entstehen und weiterverarbeitet werden, die überhaupt noch nicht physikalisch erstellt wurden. Zukünftig werden diese digitalen Komponenten und Systeme auch miteinander kommunizieren und sich gegenseitig weiterentwickeln. Und der Steckverbinder ist aufgrund seines Einsatzortes und der baulichen Voraussetzung eine ideale Komponente, die, mit mehr Intelligenz ausgestattet, zusätzliche Funktionen übernehmen kann.

Wann können wir die Vorstellung des ersten KI-Steckverbinders von Lapp erwarten?

Eine solche Lösung könnten wir innerhalb von zwei Jahren auf den Markt bringen. Wir denken da etwa an einen Stecker mit integrierter KI-Sensorik: wenn die Verbindung mehrfach gesteckt wurde, und die KI dann feststellt, dass die Verbindung nicht mehr zuverlässig funktioniert, meldet sie das einem übergeordneten System, so dass ein Austausch stattfinden kann.

Der Stecker kostet natürlich etwas mehr, und bisher schrecken die Kunden vor dem Mehrpreis zurück. Aber wir suchen bereits Anwendungen, wo sich die Mehrkosten lohnen, und ich bin sicher, dass es die gibt. Dann wird es von Lapp auch sehr schnell einen entsprechenden KI-Stecker geben.

Bereits angeboten werden von Lapp ja SPE-Kabel und -Stecker, die ebenfalls die Ethernet-Anschlüsse viel kompakter machen. Überschneidet sich da der neue M12-L nicht mit SPE-Steckern?

Ganz und gar nicht! Single Pair Ethernet ist ein komplett anderer Weg. Der M12-L ist ein richtiger Powerstecker, der hohe Leistung an die Anlagen bringt. SPE dagegen ist für wesentlich weniger Leistung ausgelegt und der ideale Ersatz für die Feldbusse, die ja bisher noch die Datenkommunikation in der Feldebene dominieren, aber für heutige Anforderungen viel zu langsam sind. Die Vorteile sind offensichtlich: die Leitungen sind dünner, flexibler, leichter anzuschließen, und letztlich damit auch ökonomisch. Unser Ziel ist es, das komplette Portfolio der aktiven und passiven Komponenten für SPE anzubieten.

Predictive Maintenance

Ein Wächter für die Datenleitung

Um SPE tatsächlich von der Cloud bis zur Feldebene nutzen zu können, benötigen Unternehmen ja nicht nur Kabel und Stecker, sondern auch die entsprechenden Komponenten. Was ist Ihrer Meinung nach noch zu tun, damit die Technologie sich in der Praxis schnell durchsetzt?

Sie haben es genannt: Die SPE-Kabel-Infrastruktur ist inzwischen verfügbar, was nun ausgebaut werden muss ist das Angebot der entsprechenden Komponenten: Bedienpanels, SPSen, dezentrale EA-Systeme, Sensoren, Aktoren und Switches.

Des Weiteren ist die Etablierung eines einheitlichen Steckerstandards wichtig, um die größte Anwenderakzeptanz zu erreichen. Das ist nur möglich, wenn wir die entsprechenden Standards haben. Lapp ist deshalb Mitglied des SPE Industrial Partner Network. Dort können wir zusammen mit starken Partnern dafür Sorge tragen, die theoretischen SPE-Vorteile auch in die Realität zu überführen.

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